gerelateerde inhoud
- Verbluffende video toont Blue Whale Chowing Down op Krill
- De vroegste baleinwalvissen zijn letterlijk gezogen
Als hij over zijn schouder had gekeken net voordat de 'grote vis' hem inslikte, zou de bijbelse Jona een benijdenswaardig uitzicht hebben gehad. Benijdenswaardig, als je Alex Werth bent, een door land omgeven bioloog die de voedingsanatomie van walvissen bestudeert. "Ah, om Jona te zijn en baleen in actie te zien vanaf een stoel op de tong van een walvis, " zegt hij.
Baleen is het apparaat waarop tandenloze walvissen vertrouwen om voedsel uit de zee te filteren. Honderden van deze flexibele platen, gemaakt van de structurele eiwitkeratine, groeien naar beneden vanaf de bovenkaak van een walvis, opgesteld als de lamellen van jaloezieën. Het plaatsen van de platen in de mond vereist een grote bovenkaak, waardoor baleinwalvissen een soort omgekeerde grijns krijgen.
De voedingsstructuur evolueerde stapsgewijs zo'n 30 miljoen jaar geleden, toen de oceanen vol tandwalvissen waren die strijden om beperkt voedsel. Nadat ze een hulpmiddel en smaak voor andere soorten prooien hebben ontwikkeld, splitsten baleinwalvissen - gezamenlijk bekend als mysticeten - zich uiteindelijk af en liepen ze uiteen in 12 of meer soorten, waaronder de blauwe vinvis, het grootste dier dat ooit heeft geleefd, samen met bultruggen, grijzen en juiste walvissen. En althans tot Amerikaanse commerciële walvisjagers ongeveer 200 jaar geleden begonnen met zware achtervolgingen, deden deze relatief passieve feeders die kleine zeedieren per ton naar beneden haalden prima.
"Baleen heeft alles veranderd", zegt Werth. "En toch is ons begrip van aspecten van deze anatomie nog steeds dun." Veel wetenschappers zijn het erover eens dat filtervoeding voet vond in het Oligoceen (33, 9 tot 23 miljoen jaar geleden) omdat veranderingen in stromingen in de Zuidelijke Oceaan enorme planktonbloei brachten - een klaar nieuw voedsel bron. (Interessant is dat de dieren niet als reuzen zijn begonnen. Een nieuw rapport dat in mei 2017 is gepubliceerd, suggereert dat hun gigantisme later kwam, misschien drie miljoen jaar geleden, toen de prooi strakker werd verpakt maar grilliger - het resultaat van intense voedingsopwekkingen. eetstijl voorkeur walvissen die zowel konden binge feed en waren omvangrijk genoeg om ver tussen patches reizen - baleinwalvissen groeide om de uitdaging aan te gaan.)
De geschatte tijd van aankomst van baleinwalvissen is waar gemeenschappelijke raakvlakken onder wetenschappers eindigen. Weinigen zijn het erover eens, zegt Werth, over de stappen waarmee het filtersysteem bij walvissen evolueerde, hoe tussentijdse vormen werden gevoed (waarschijnlijk door afzuiging, volgens de laatste fossiele vondst), "of zelfs hoe [baleen] werkt met de krachten en stromen van de zee."
Maar terwijl het diepe verleden van sommige walvissen nog steeds verbijsterd is, hebben wetenschappers vandaag de dag een onverwachte bron van duidelijkheid ontdekt, een gedetailleerde schatkaart verborgen in Baleen. Informatie in verband met keratine, hetzij in het eiwit of ernaast, bevat chemische tijdstempels en gegevens over de gezondheid, bewegingen en voortplanting van walvissen. "Het is alsof deze dieren een dagelijks dagboek bijhouden en we kunnen plotseling zien wat ze hebben geschreven", zegt endocrinoloog Kathleen Hunt van de Northern Arizona University. En het verhaal dat zich van de baleen ontvouwt, kan het behoud van walvissen op geheel nieuwe manieren informeren.
Hoe hebben walvissen de sprong gemaakt van tanden naar baleen? Onderzoekers van Musea Victoria en Monash University in Australië, met hulp van Alfred, een 25 miljoen jaar oude fossiele walvis, brengen je de nieuwste wetenschap.
Werth's lab aan het Hampden-Sydney College in Virginia, waar hij de hydromechanica van baleen bestudeert, ruikt een beetje walvisachtig. Baleen is overal: lange, uitgedroogde latten liggen op planken; een pijlkoker van lange, smalle platen gewikkeld in plastic, hun gomachtige uiteinden ondergedompeld in conserveermiddel, leunt in de hoek. En dan is er de 160 kilo verse baleen in strak afgesloten vaten in de hal, net aangekomen van medewerkers in Alaska.
Oude baleinen splitsen zich als vingernagels, die zijn structuur onthullen: elke gebogen plaat is twee platte keratinelagen met rijen buisjes, zoals miniatuurrollen van strak opgerold lunchvlees, ingeklemd tussen. De massieve tong van de walvis en zijn in en uit wassende prooi schuren het materiaal af, waardoor een soort franje aan de randen vrijkomt - wat Aristoteles vergeleek met "varkenshaar". De grofheid van die filamenten, net als de grootte, vorm en het aantal baleinen platen, hangt af van de soort, en het is dit harige spul dat voedsel scheidt van elke mondvol zeewater.
De filtervoeding heeft de mysticeten misschien miljoenen jaren geleden een weg vooruit gegeven, maar de oceanen ondergaan vandaag een snelle verandering, vooral in regio's die ooit zijn bezaaid met zee-ijs. Werth zegt dat dit "zelfs ernstige gevolgen kan hebben voor zelfs de meest adaptieve zeedieren."
Overweeg de Groenlandse walvis. Het slanke zwarte zoogdier met de witte zieleplek, afkomstig uit de koudste wateren van de aarde, bevindt zich in het centrum van de veranderingen in het milieu. Het brengt zijn hele leven door in het Noordpoolgebied, beweegt zich seizoensgebonden met de rand van het pakijs terwijl het zich vormt en zich terugtrekt. De bowheads voeden zich dagelijks met bijna twee ton vers zoöplankton en worden groot, sommige tot 18 meter, en leven lang, meer dan 100 jaar - misschien wel de langste van alle moderne zoogdieren.
Voor een baleinonderzoeker is de soort puur goud. Het heeft meer en langere baleinplaten (tot 350 per zijde op vier meter per stuk) dan elke andere walvis, inclusief de gigantische blauw. Veel inheemse Alaskanen die legaal op bowheads jagen, delen baleen met onderzoekers, dus Werth's vaten in de hal. Walvis-stranding netwerken bieden een andere bron. Oudere monsters, teruggaand naar walvisjachtexpedities van het midden van de 19e eeuw, verzamelen stof in museumkasten en privécollecties, rijp voor studie.
Kathleen Hunt maakt, net als Werth, gebruik van deze bron. Uiteindelijk wil ze weten hoe bowheads omgaan met de groeiende menselijke impact op hun omgeving. Smeltend ijs opent het Noordpoolgebied voor meer scheepvaartverkeer, seismische exploratie, olie- en gasontwikkeling en visserij. Voor zeezoogdieren vertaalt dit zich in meer scheepsaanvallen, meer verwikkelingen in visnetten en meer lawaai. “Zijn ze gestrest? Heeft menselijke activiteit invloed op hun voortplanting? 'Vraagt ze. Niemand weet.
De onderzoeker kwam door Baleen als een gegevensbron in wanhoop. Ze wist dat hormonen veel van haar vragen konden beantwoorden, maar walvissen zijn notoir moeilijk te bestuderen, laat staan monster. "Je kunt je dier nooit echt te pakken krijgen", zegt Hunt. "Je kunt een walvis niet kalmeren of terugbrengen naar het lab."
Blauwe vinvissen, de grootste dieren op aarde, gebruiken hun baleen om zich te voeden met enkele van de kleinste dieren in de oceaan. Deze feed-in-actie drone-opnames zijn gemaakt door Oregon State University. Video door GEMM Lab, Oregon State University
Men kan, indien extreem gemotiveerd en zelfs meer geduldig, uitwerpselen, huid- en blubbermonsters en zelfs ademhalingsdamp uit het blaasgat van een walvis verzamelen. Maar deze bieden alleen momentopnamen van een enkel tijdstip. Hunt wilde een bredere dekking. Earwax-pluggen leggen incrementele gegevens vast, maar deze zijn niet erg nauwkeurig en de pluggen zijn moeilijk intact uit een schedel te halen, dus de voorraad is beperkt.
Nadat Hunt ongeveer [13 jaar lang met [poep en klap] rondliep, suggereerde een collega baleen. Haar, hoeven, hoorns, nagels en andere gewervelde structuren die ook van keratine zijn gemaakt, bevatten immers allerlei informatie, waaronder endocriene gegevens van de vele klieren die hormonen door het lichaam sturen.
Het blijkt dat Baleen dezelfde informatie herbergt en het kan worden geëxtraheerd uit uitgeperste, verpulverde monsters. Omdat de platen gedurende het leven van een dier groeien, vangen ze voortdurend hormonale signalen op - van de bijnieren, geslachtsklieren en schildklier. "We kunnen niet alleen gegevens verkrijgen van het nieuwe deel [van de baleen], maar van het stuk dat al tientallen of meer jaren onder de zee ratelt", zegt Hunt. Een bord erodeert aan het ene uiteinde terwijl het aan het andere groeit, dus het vertegenwoordigt een stukje leven - soms 15 jaar waard.
Hunt heeft veel geleerd over de reproductie van walvissen bij het bestuderen van baleinen van twee vrouwelijke Noord-Atlantische rechterwalvissen, Stumpy en Staccato, die wetenschappers sinds de jaren zeventig vanuit New England observeerden. Een groot deel van de levensgeschiedenis van de walvissen, inclusief het succes van het kalven, was goed gedocumenteerd, waardoor Hunt voor elk een tijdlijn kon maken - helemaal tot de dood (beide stierven aan scheepsaanvallen, één op dat moment zwanger). Omdat wetenschappers een geschatte groeisnelheid voor baleen hebben berekend - zoveel tijd per centimeter - kon Hunt hormonale gegevens uit de baleen in lijn brengen met de ervaringen van de walvis op dat moment van zijn leven, wat belangrijke correlaties suggereert.
"Dingen zoals oestruscycli en de leeftijd van seksuele volwassenheid, zwangerschapspercentages, dit zijn echt een zwarte doos voor onderzoekers, " zegt Hunt, maar nu met baleen kan er een potentieel zijn om ze te ontcijferen. Ze ontdekte duidelijke patronen in progesteron (het is 'schreeuwend hoog' tijdens de zwangerschap) die samenwerken met ups en downs in het stresshormoon cortisol. Bovendien, zegt ze, zouden schildklierhormonen kunnen onthullen of een dier verhongert (walvissen kunnen hun stofwisseling verlagen om energie te besparen), terwijl een piek in aldosteron, gebruikt om water te besparen, bij andere dieren een teken van stress is dit kan hetzelfde zijn bij walvissen.
Hunt gelooft dat het hebben van dergelijke informatie, die kan worden bedekt met milieugegevens zoals zeetemperaturen, een portaal zal openen voor meer complexe mysteries. "Waarom fokken vrouwen niet in dit gebied maar zijn ze daar?", Vraagt ze als voorbeeld. “Is het een voedingsprobleem? Verliezen vrouwen kalveren of raken ze gewoon niet zwanger? ”De juiste combinatie van datapunten kan antwoorden bieden.
Bovendien kan het vinden van correlaties tussen veranderingen in stresshormonen en reproductief succes bijvoorbeeld 'erg nuttig zijn bij het maken van beleid', zegt ze. En op het grote geheel zijn er de effecten van klimaatverandering. "Dat is natuurlijk een brandende vraag, " zegt Hunt, en tot nu toe hebben wetenschappers geen idee wat die effecten zullen zijn voor walvissen. Misschien als de walvisprooi verschuift in reactie op stijgende oceaantemperaturen, zullen biologen voedingsstress in de walvissen zien die verband houden met een verandering in of verminderde hoeveelheid voedsel. Hunt veronderstelt dat een dergelijk effect kan worden geplaagd uit schildklier- en andere gegevens.
Wat Hunt is begonnen, lijkt in de nabije toekomst klaar om de deksels op veel zwarte dozen te laten knallen.
Ondertussen zijn hormonen niet de enige chemische schat die gevangen zit in baleen. Net als Hunt haalt Alyson Fleming van het Smithsonian Institute anders onzichtbare gegevens uit de monden van walvissen.
De biologische oceanograaf heeft honderden baleenstalen behandeld in haar studies van stabiele isotopen - elementen zoals koolstof en stikstof met voorspelbare "handtekeningen" in verband met hun massa. De ene vorm van koolstof heeft bijvoorbeeld meer neutronen dan de andere en is dus zwaarder en reageert anders in chemische en fysische processen. Wat nuttig is voor Fleming is dat deze elementen kunnen fungeren als tracers van verschillende aspecten van het milieu, inclusief, voor een migrerende walvis, de geografische locatie en het trofische niveau (positie in het voedselweb) van wat de walvis heeft gegeten.
Neem bowheads. Deze walvissen migreren seizoensgebonden tussen de Beaufort- en Beringzeeën, en die oceanen, en de dieren die erin leven, zijn isotopisch verschillend van elkaar. Dat komt gedeeltelijk omdat de Beaufort zoet water uit riviersystemen haalt en zoet water een bepaalde isotopische signatuur heeft die wordt weergegeven in de euphausiiden, zoals krill en copepoden die het ondersteunt.
Gevoed door die prooisoorten, gebruiken de walvissen zuurstof, koolstof en stikstof om botten en baleinen op te bouwen. En, nuttig, weerspiegelen de verhoudingen van die elementen de oceaan die de walvissen voeden op het moment van groei. Bemonstering langs een baleinplaat met massaspectrometrie onthult de isotopische markers in de loop van de tijd, inclusief de overgang van de ene oceaan naar de andere. Omdat onderzoekers de algemene timing van migraties tussen deze oceanen kennen en kunnen gebruiken die, samen met isotoopgegevens, de groeisnelheid van de baleen meten, bieden de platen een soort tijdgestempelde kaart van de reis van een walvis, inclusief waar het blijft hangen om mee te voeden de weg.
Meer specifiek legt Fleming uit dat verhoudingen van koolstofisotopen kunnen worden gecorreleerd met zowel de hoeveelheid als de groeisnelheid van fytoplankton - het zwevende fotosynthetische leven aan de basis van de voedselketen voor de zee. “Dus dit is een ruwe manier om te beoordelen hoeveel productiviteit er is” - wat zich uiteindelijk vertaalt in beschikbare energie voor filtervoedende walvissen.
Sommige werken van Fleming kunnen eenvoudig suggereren welke soorten het meest worden bedreigd door veranderingen in het milieu, zegt ze. “Eerder deden we een bultrugproject, waarbij we huidmonsters gebruikten, en keken naar 20 jaar foerageren uit Californië. Wat we ontdekten, is dat deze dieren zeer flexibel waren - ze wisselden van prooi afhankelijk van wat er in overvloed was. "Bultruggen kunnen vindingrijk zijn, zegt ze, " maar hoe zit het met bowheads? De baleen kunnen daar een antwoord op geven, ”door managers een hulpmiddel te geven bij het bepalen waar ze hun inspanningen op moeten richten.
Uiteindelijk kunnen Fleming, Hunt en andere baleense onderzoekers hun tijdlijnen in beide richtingen verlengen. Aan de ene kant zijn verse monsters van gestrande en legaal gejaagde walvissen, die een moderne kijk op het leven van walvissen bieden. Het andere einde ligt in het oude baleen: het materiaal werd al in de jaren 1500 in sieraden, dozen, kammen, schoenlepel en andere producten gebruikt. "We proberen de minst waardevolle monsters te gebruiken voordat we in de zeldzame dingen gaan graven, en we weten nog niet of hormonen en andere chemicaliën het zo lang hebben volgehouden, " zegt Hunt. "Maar het is mijn hoop om alles samen te brengen, om trends in baleen over een zeer lange periode te observeren."
Onderzoek op basis van Baleen bevindt zich nog in de begintijd. Andere onderzoekers hebben gerapporteerd over de dieetoverlap tussen soorten (het is nuttig om te weten of dieren concurreren om dezelfde prooi, vooral als die prooi afneemt) en blootstelling aan kwik, en de hoeveelheid informatie blijft zich uitbreiden. Het is duidelijk dat samenwerking met andere gegevensverzamelaars - het over elkaar leggen van persoonlijke, fysieke en omgevingsgegevens uit het leven van een walvis - een enorm potentieel voor behoud heeft. Er is een heel groot beeld geperst in deze bijzondere anatomie, zeggen de wetenschappers, inclusief de complexe verbindingen tussen ecosysteemproductiviteit, stress, reproductie en zelfs de menselijke voetafdruk in deze afgelegen habitats.
Onderzoekers hopen dat het bouwen van tijdlijnen en het vinden van links uiteindelijk natuurbeheerders en beleidsmakers kunnen informeren. Het is een zware strijd, omdat een aantal walvissoorten nooit is hersteld van de historische slachting van commerciële walvisjagers. Antarctische blauwe walvissen houden bijvoorbeeld slechts één procent vast van het niveau van vóór de exploitatie. Maar soorten zitten niet allemaal in dezelfde boot. Volgens de International Union for Conservation of Nature, hoewel de Noord-Atlantische en Noord-Pacifische rechtswalvissen in gevaar zijn, worden sommige populaties van bowheads, zuidelijk-rechtse walvissen en grijze walvissen als "minst zorgwekkend" beschouwd.
Voor nu in ieder geval. De vijanden van tegenwoordig vermenigvuldigen zich sneller dan de gegevens over hun leven kunnen worden verzameld. Scheepsaanvallen en verwikkelingen van vistuig zijn gemeenschappelijke nummer één. Natuurbeschermers maken zich ook zorgen over lawaai, opwarmingstemperaturen en de vele vertakkingen, blootstelling aan vervuild water en verzuring van de oceaan. Deze bedreigingen, vooral gecombineerd, zijn uiterst moeilijk te kwantificeren.
Maar terwijl onderzoekers dieper ingaan op de moleculaire schatkist van Baleen, zullen ze ongetwijfeld nieuwe manieren vinden om gegevens uit het verleden en het heden te gebruiken om de toekomst te plannen. De eigenaardige grijns van de baleinwalvis blijkt vol verrassingen te zitten.
Verwante verhalen van Hakai Magazine:
- Leven aan boord van het Wrak van de HMCS Annapolis
- Sub Marine: The Things We Sink
- Stefan Drzewiecki, onderzeeër tsaar
